6016铝合金汽车板的热处理工艺研究
退火条件对6016铝合金硬度和蠕变性能的影响
退火条件对6016铝合金硬度和蠕变性能的影响韦文旺;姚佩;赵永兴;王戎丞;陈红梅;欧阳义芳;陶小马【摘要】[目的]研究6016铝合金在不同退火温度和时效条件下的硬度和蠕变性能,为生产应用领域提供参考依据.[方法]利用纳米压痕技术对不同退火温度和时效处理的6016铝合金的硬度及蠕变性能进行测试.[结果]退火温度对6016铝合金的硬度影响不大;随着自然时效时间的延长,各试样的硬度值都出现先略微变化,然后大幅减小再增大的趋势.蠕变系数在不同自然时效时间下出现浮动现象,蠕变系数n=1.723~2.796,各试样蠕变系数呈现先变小后增大再减小的趋势,在7 d时效时出现最优值,在27 d时出现峰值,随时间延长蠕变系数出现回归现象,材料形变速率减小,并趋于一个相对稳定状态;但在同样时效条件下它们的差异并不明显.[结论]经过不同温度和不同时效时间处理的6016铝合金,其硬度随时效时间变化而变化.热处理对蠕变系数的影响较弱,6016铝合金的力学性能比较稳定.对6016铝合金板材采用"退火处理+自然时效"后,最适宜的应用时间是在两个月后.%[Objective]The hardness and creep behavior of 6016 aluminum alloys with different annealing and aging conditions were studied,which could provide a reference for production and application field.[Methods]The nanoindentation technique had been used to study the hardness and creep behavior of 6016 aluminum alloys.[Results]The effect of annealing was not very obvious for the hardness,and with the increasing aging time,the hardness of the various samples slightly increased,then significantly decreased,then increased.The creep coefficients fluctuated at different aging time,the creep coefficients n=1.723-2.796,the samples had the optimal value in the 7 d aging.The peak value appeared at 27 d,withthe time increasing,the creep coefficients returned to original data,and the rate of deformation decreased to a stable state.But at the same aging condition,the differences of creep coefficients were notobvious.[Conclusion]The hardness of 6016 aluminum alloy treated by different temperature and different aging time varies with aging time.The effect of annealing is weak for the creep coefficient,and the mechanical properties of 6016 aluminum alloys are relatively stable.The 6016 aluminum alloy sheet with "annealing treatment and natural aging",the most appropriate application time is 2 months later.【期刊名称】《广西科学》【年(卷),期】2017(024)004【总页数】5页(P366-370)【关键词】6016铝合金;热处理;时效;硬度;蠕变系数【作者】韦文旺;姚佩;赵永兴;王戎丞;陈红梅;欧阳义芳;陶小马【作者单位】广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁530004;广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁 530004【正文语种】中文【中图分类】TG15【研究意义】6016铝合金由于具有中比强度、抗腐蚀性好、韧性高、质量轻、易加工、氧化效果极佳等优良特点，广泛应用于军工和民用等领域[1]。
热处理工艺对铝合金材料的导热性和电导率的提升
热处理工艺对铝合金材料的导热性和电导率的提升热处理工艺是一种通过加热和冷却来改变材料结构和性能的方法。
在对铝合金材料进行热处理时，可以显著提高导热性和电导率。
在本文中，将详细介绍影响热处理对铝合金材料导热性和电导率提升的因素以及相关的热处理工艺。
首先，铝合金材料的微观结构对其导热性和电导率有着重要影响。
在加热过程中，材料内部的晶粒会发生再结晶和晶界移动，这些过程可以导致晶粒尺寸的改变和结构的重新排列。
晶粒尺寸的减小和晶界的增加能够显著提高材料的导热性和电导率。
其次，热处理温度和时间对铝合金材料的导热性和电导率提升也起着关键作用。
一般来说，较高的热处理温度可以促进晶粒尺寸的减小和晶界的增加，从而提高材料的导热性和电导率。
然而，过高的热处理温度可能会导致晶粒长大，从而降低导热性和电导率。
此外，适当的热处理时间也是实现材料导热性和电导率提升的关键。
过短的热处理时间可能不足以实现晶粒尺寸的减小和晶界的增加，而过长的热处理时间则可能导致晶粒长大。
此外，热处理过程中的冷却方式也会对铝合金材料的导热性和电导率提升产生影响。
通常情况下，快速冷却（例如水淬）能够限制晶粒长大，并可以形成细小的晶粒和大量的晶界，从而提高材料的导热性和电导率。
最后，热处理中的合金元素也对铝合金材料的导热性和电导率提升产生显著影响。
常见的合金元素如铜、镍、锌等不仅可以改善铝合金的强度和耐腐蚀性能，还可以提高材料的导热性和电导率。
这是因为这些合金元素与铝元素形成固溶体或互溶体后，可以使晶粒尺寸更加均匀，并形成更多的晶界。
总结起来，热处理工艺对于提高铝合金材料的导热性和电导率具有重要作用。
合理选择热处理温度、时间和冷却方式，结合适当的合金元素，可以实现铝合金材料导热性和电导率的显著提升。
这不仅对于铝合金材料的应用领域具有重要意义，也为材料工程和制造业的发展带来了巨大的潜力。
除了晶粒尺寸和晶界的影响外，热处理工艺还对铝合金材料的导热性和电导率提升产生其他重要影响。
6016铝合金热处理工艺研究
6016铝合金热处理工艺研究张钧萍;金庆生;马鸣图【摘要】通过硬度测试、力学性能测试和烘烤硬化性能测试，研究了6016铝合金冷轧板材的热处理工艺，结果表明：合金的硬度随着固溶温度升高和固溶时间延长而增加；合金进行预时效处理时，随着预时效时间的增加硬度出现先降低后升高的现象，且预时效温度越高，硬度下降值越大；在本试验条件下，满足覆盖件性能要求的6016合金的热处理工艺为：540℃×20 min固溶水淬+120℃×10 min预时效处理。
%Research on heat treatment process of 6016 aluminum alloy has been carried out by means of hardness measurement,mechanical properties test and bake-hardening property test. The results indicate that hardness of alloy increases with the rise of solution temperature and solution time increase. The hardness of alloy initially decreases and then increases with pre-aging time increase when pre-aging. The higher the temperature of pre-aging,the bigger the decrease value of hardness will be. The heat treatment process of 6016 alloy satisfying the demand of outer panel property is:540 ℃× 20 min solution treatment + 120 ℃× 10 min pre-aging.【期刊名称】《中国工程科学》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】5页(P103-107)【关键词】6016合金;固溶处理;预时效处理;烘烤硬化【作者】张钧萍;金庆生;马鸣图【作者单位】中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 400039;中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 400039;中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆400039【正文语种】中文【中图分类】TG146.2作为汽车轻量化材料的重要一员，铝合金材料用于汽车的比重不断增加。
热处理工艺对铝合金材料的成形性和强化效果的优化
热处理工艺对铝合金材料的成形性和强化效果的优化热处理工艺是对铝合金材料进行优化的重要工艺之一，能够显著改善其成形性和强化效果。
本文将从成形性和强化效果两个方面来探讨热处理工艺对铝合金材料的优化。
首先，热处理工艺对铝合金材料的成形性有着重要的影响。
铝合金材料通常具有较低的塑性，高强度和硬度，对成形过程造成了一定的难度。
热处理工艺可以通过改变材料的晶体结构，提高其塑性，使其更容易变形。
例如，通过固溶处理可以将金属做到较高的温度下保持一段时间，使金属中的固溶体溶解，然后通过快速冷却，形成细小均匀的固溶体，从而显著提高材料的塑性。
此外，减小材料的晶界能够降低材料的强度，提高其可塑性，使其更容易进行成形。
其次，热处理工艺也能够显著提高铝合金材料的强化效果。
铝合金材料的强度和硬度主要由其中的金属间化合物和位错密度等因素决定。
热处理工艺可以通过选择适当的处理温度和处理时间，使金属间化合物在晶界和晶内得到析出和细化，从而显著提高材料的强度和硬度。
此外，通过热处理工艺还可以提高材料的位错密度，增加材料的变形阻力，从而进一步提高其强度。
例如，采用人工时效处理可以通过调整处理温度和时间，使材料中的金属间化合物得到充分的析出和细化，有效地增加材料的强度和硬度。
综上所述，热处理工艺对铝合金材料的成形性和强化效果具有重要的优化作用。
通过改变材料的晶体结构，提高材料的塑性，使其更容易进行成形；同时，通过适当的处理温度和时间，使金属间化合物得到充分的析出和细化，提高材料的强度和硬度。
因此，热处理工艺在铝合金材料的加工和应用中具有重要的地位和作用。
然而，需要注意的是，热处理工艺的选择和参数调整需要综合考虑材料的成分、形状和应用环境等因素，以及经济成本和性能需求等因素，进行合理的优化。
此外，热处理工艺的实施也需要具备一定的技术和设备支持，以确保工艺的可行性和稳定性。
只有综合考虑这些因素，才能实现对铝合金材料成形性和强化效果的最优化。
热处理工艺对铝合金材料的导热性和电阻率的调控
热处理工艺对铝合金材料的导热性和电阻率的调控热处理工艺对铝合金材料的导热性和电阻率的调控研究已经成为材料科学领域的热点之一。
铝合金是一种重要的结构材料，具有良好的导热性和电导率，因此被广泛应用于汽车、航空航天、电子器件等领域。
铝合金的导热性决定了材料的热传导能力，而电阻率则决定了材料对电流的阻碍程度。
热处理可以通过调整铝合金的晶粒大小、析出相形态、晶格缺陷等改变其物理结构和化学成分，从而对导热性和电阻率进行有效的调控。
首先，热处理工艺可以通过调整铝合金的晶粒大小来影响材料的导热性和电阻率。
晶粒较小的材料晶界面积相对较大，因此导热路径增多，热传导能力提高。
此外，晶粒较小的材料内部也存在更多的晶界或位错，进一步增加了材料的电阻率。
通过控制铝合金材料的冷却速率、热处理温度和时间等参数，可以实现晶粒细化的目的，从而提高材料的导热性和电阻率。
其次，热处理工艺还可以通过调控析出相形态来影响材料的导热性和电阻率。
在铝合金中，通过热处理可以使一些溶质元素析出形成各种形态的相，如奥氏体、晶体和粒状相等。
这些相的形态不仅影响了材料的强度和硬度，还对材料的导热性和电阻率产生影响。
一些析出相会导致晶界和相界处的电子散射，从而增加了材料的电阻率。
此外，一些凝固相或固溶体相会干扰热传导，影响材料的导热性能。
因此，通过选择合适的热处理工艺和合金设计，可以控制析出相形态，从而调控材料的导热性和电阻率。
最后，热处理工艺还可以通过调控材料的晶格缺陷来影响材料的导热性和电阻率。
在铝合金中，晶格缺陷包括位错和孔隙等，它们对材料的导热性和电阻率都有影响。
位错会阻碍热传导路径，降低导热性能。
而孔隙则会增加材料的电阻率。
通过合理的热处理工艺，可以控制晶格缺陷的形成和分布，从而调控材料的导热性和电阻率。
总之，热处理工艺对铝合金材料的导热性和电阻率具有重要影响。
通过调整晶粒大小、析出相形态和晶格缺陷等手段，可以有效地改善铝合金材料的导热性能和电阻率。
6016铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究
第３１卷第２２期中国机械工程V o l ．３１㊀N o ．２２２０２０年１１月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．２６４８Ｇ２６５４６０１６铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究刘㊀萌１,２㊀单忠德１㊀李新亚１㊀臧㊀勇２㊀黄江华１１．机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室,北京,１０００４４２．北京科技大学机械工程学院,北京,１０００８３摘要:以某车型铝合金汽车后风挡下横梁为研究对象,利用P AM ＧS T AM P 软件进行了一步固溶成形和分步固溶成形工艺分析.通过优化关键工艺参数如摩擦因数和成形温度,结合相应的工艺实验,建立了工艺仿真模型;通过对测量路径上壁厚分布的实验值与数值模拟值进行误差对比分析,判断成形工艺合理性.结果表明:汽车后风挡下横梁采用一次成形方式容易在中间形变突变处造成开裂或减薄现象,随着摩擦因数增大,最小厚度急剧减小;相比一次成形方式,采用分步成形方式,最小减薄率减小了４．６７％,回弹量减小了４０．２１％,温度与摩擦因数对最小厚度的影响较小;经时效处理后进行力学性能检测,铝合金汽车后风挡下横梁抗拉强度达到３０８M P a,表明采用固溶成形工艺是可行的.关键词:铝合金固溶成形;６０１６铝合金;后风挡下横梁;有限元模拟;力学性能中图分类号:T G １６１D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４ １３２X．２０２０．２２．００１开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):R e s e a r c ho nS o l i dS o l u t i o nF o r m i n g P r o c e s s e s o fT y pi c a lA u t o m o t i v e S t r u c t u r a l P a r t sw i t h６０１６A l u m i n u m A l l o yL I U M e n g １,２㊀S H A NZ h o n g d e １㊀L IX i n y a １㊀Z A N G Y o n g ２㊀HU A N GJ i a n gh u a １１．S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fA d v a n c e dF o r m i n g T e c h n o l o g y a n dE q u i p m e n t ,C h i n aA c a d e m yo fM a c h i n e r y S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y G r o u p C o ．,L t d ．,B e i j i n g,１０００４４２．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y B e i j i n g ,B e i j i n g,１０００８３A b s t r a c t :T h e a l u m i n u ma l l o y c a rw i n d s h i e l db e a m sw e r e t a k e na s t h e r e s e a r c ho b je c t s ,a n dt h e P AM ＧS T AM Ps of t w a r ew a s u s e d t o a n a l y z e t h e o n e Ｇs t e p s o l i d s o l u t i o n f o r m i ng a n d s t e p Ｇb y Ｇs t e p s o l i d s o l u t i o n f o r m i n gp r o c e s s e s ．B y o p t i m i z i n g k e yp r o c e s s i n gpa r a m e t e r ss u c ha s f r i c t i o nc o e f f i c i e n t a n d f o r m i n g t e m p e r a t u r e a n d c a r r y i n g o u t t h e c o r r e s p o n d i n g p r o c e s s i n g e x p e r i m e n t s ,a p r o c e s s i n g si m u l a Ｇt i o nm o d e lw a s e s t a b l i s h e d ．T h e r a t i o n a l i t i e s o f t h e f o r m i n gp r o c e s s e sw e r e j u d g e db y u s i n g t h e e r r o r a n a l y s i s b e t w e e n t h e e x p e r i m e n t a l v a l u e s a n d t h e n u m e r i c a l s i m u l a t i o no n e s o f t h ew a l l t h i c k n e s s d i s Ｇt r i b u t i o n s o n t h em e a s u r e m e n t p a t h s ．T h e r e s u l t ss h o wt h a t a f t e r t h ec a rw i n d s h i e l db e a m su s i n g af o r m i ng w a y t oc a u s ec r a c k i n g ord e f o r m a t i o n m u t a t i o ni nt h e m i d d l e p l a c et h i n n e d p h e n o m e n o n ,a l o n g w i t h t h e f r i c t i o n c o e f f i c i e n t i n c r e a s e s ,t h em i n i m u mt h i c k n e s s i s f a l l e ns h a r p l y ．C o m pa r e dw i t h t h e o n e Ｇs t e p f o r m i n g m e t h o d ,t h es t e p Ｇb y Ｇs t e p f o r m i n g m e t h o di sa d o p t e d ,t h e m i n i m u m t h i n n i n gr a t e i s r e d u c e d b y ４．６７％,t h e r e b o u n d a m o u n t i s r e d u c e d b y ４０．２１％,a n d t h e t e m p e r a t u r e a n d f r i c t i o n c o e f f i c i e n t h a v e l e s s i n f l u e n c e so nt h em i n i m u mt h i c k n e s s ．T h em e c h a n i c s p r o p e r t y t e s t sa f t e ra g i n gt r e a t m e n t ,t h e t e n s i l e s t r e n g t h i so f ３０８M P a ,w h i c h p r o v e s t h a t t h ea l u m i n u ma l l o y ca rw i n d s h i e l db e a m s f o r m e db y so l i d s o l u t i o n p r o c e s s e s a r e f e a s i b l e ．K e y wo r d s :a l u m i n u ma l l o y s o l i d s o l u t i o n f o r m i n g ;６０１６a l u m i n u ma l l o y ;w i n d s h i e l d b e a m ;f i n i t e e l e m e n t s i m u l a t i o n ;m e c h a n i c s p r o p e r t y收稿日期:２０２００４０６基金项目:国家科技重大专项(２０１９Z X ０４００４００１)０㊀引言轻量化是实现汽车节能减排的重要途径之一,铝合金具有比强度高㊁耐腐蚀和抗冲击性能好等特点,是实现汽车轻量化的优质材料[１].目前铝合金常用的成形方式有冷成形㊁超塑成形㊁温成形及液压胀形.铝合金在常温下延伸率小㊁塑性差,因此冷成形性能较差,成形时容易开裂且回弹量大[２Ｇ３].超塑成形成形性能好,但对原材料要求高,且成形速度慢[４Ｇ５].温成形的温度一般都控制在３００ħ以下,以保证铝合金板料热处理效果,在此温度下材料成形性能未能得到充分发挥,且温成形一般需在模具中安装加热装置来维持模具温度,这增加了温成形工艺成本和复杂性[６Ｇ８].而液压胀形需要专门的设备和复杂的模具,同时液压胀形通常需要严格的密封来实现[９Ｇ１０].目前国内外学者已对热成形进行了大量研８４６２ 中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.究[１１Ｇ１４],但大部分研究均是通过将铝合金材料加热到固溶温度进行成形,以此来提高铝合金的塑性和伸长率从而达到所需的形状和尺寸.铝合金固溶成形工艺是把铝合金加热到固溶处理温度,进行适当时间的保温后,转移至有冷却循环系统的模具中成形,冲压完成后快速冷却,然后进行时效处理,从而解决铝合金冷冲压塑性差以及回弹大的问题.铝合金固溶成形工艺路线如图１所示,温度载荷加载路径如图２所示.图１㊀铝合金固溶成形工艺流程F i g ．１㊀A l u m i n u ma l l o ys o l i d s o l u t i o na n d f o r m i n gp r o s e s s i n g图２㊀铝合金固溶成形温度载荷加载路径F i g ．２㊀T e m p e r a t u r e l o a d i n g o f a l u m i n u ma l l o y so l i d s o l u t i o na n d f o r m i n g本文以６０１６铝合金汽车后风挡下横梁为研究对象,采用有限元仿真软件P AM ＧS T AM P 进行固溶成形工艺的仿真,通过优化成形过程中的关键参数(如摩擦因数和成形温度),建立铝合金汽车后风挡下横梁固溶成形的一次成形和分步成形工艺模型,然后进行相应的实验研究,通过对零件壁厚分布的实验结果与数值模拟结果进行对比分析,验证铝合金分步固溶成形工艺的合理性及准确性.１㊀成形工艺有限元模型的建立汽车后风挡下横梁模型如图３a 所示,零件有两个深度达到３０mm 的平行槽,材料厚度为１．５mm .根据热冲压模具设计原则及零件特点,设计的工艺补充面如图３b 所示.１．１㊀有限元模型的建立材料本构关系的准确性决定了模拟结果的准确性,在P AM ＧS T AM P 软件材料库中没有６０１６铝合金材料热成形本构关系,因此采用高温电子拉伸机对不同变形条件下的６０１６铝合金的热变形(a)模型图(b)工艺补充面图３㊀汽车后风挡下横梁模型图与工艺补充面F i g．３㊀P a r t sm o d e l a n d b i n d e r s u r f a c e o fw i n d s h i e l d b e a m 行为进行试验研究,得到温度t 为４００~５５０ħ㊁应变速率ε为０．００１~０．１s－１条件下等温拉伸的应力应变曲线,如图４所示.将本构关系导入到P AM ＧS T AM P 软件中,建立汽车后风挡下横梁数值模拟有限元模型,如图５所示.(a )应变速率ε ＝０．００１s－１(b )应变速率ε ＝０．０１s－１(c )应变速率ε ＝０．１s－１图４㊀６０１６铝合金材料本构关系F i g ．４㊀C o n s t i t u t i v e r e l a t i o no f ６０１６a l u m i n u ma l l o y１．２㊀边界条件的确定温度对铝合金冲压成形过程的影响非常大,因此本文的有限元模型在模拟过程中耦合了温度场.９４６２ ６０１６铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究刘㊀萌㊀单忠德㊀李新亚等中国机械工程h tt p://ww w.cm e m o .or g.cn公众号：t r a ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.图５㊀汽车后风挡下横梁零件热冲压有限元模型F i g ．５㊀H o t s t a m p i n gf i n i t e e l e m e n tm o d e l o f c a r w i n d s h i e l db e a m设定板材温度为４８０ħ以上.板料与空气的传热系数为１０W /(m ２K ),热边界条件通过对模具设置强制温度来定义,在室温条件下,将凸模㊁凹模和压料板的温度设为２０ħ,板料与模具的界面接触传热系数随着模具与压力而变化[１５],如图６所示.坯料与模具的摩擦对冲压件成形质量的影响比较大,影响摩擦因数的主要因素包括加热温度㊁冲压速度㊁压边力㊁拉延行程㊁模具结构以及摩擦润滑情况等.目前关于铝合金摩擦因数的研究主要集中在冷成形与温成形方面[１６Ｇ２０],对热成形(温度t ȡ５００ħ)下摩擦因数的研究还比较少,为简化有限元计算模型,将坯料与模具的摩擦因数设为常数.图６㊀铝合金传热系数随压力的变化曲线F i g ．６㊀C h a n g e c u r v e o f a l u m i n u ma l l o y he a t t r a n sf e r c o e f f i c i e n tw i t h p r e s s u r e２㊀成形工艺方案优化２．１㊀一次成形工艺分析汽车后风挡下横梁有限元模拟参数如下:变形温度为５４０ħ,冲压速度为５０m m /s,模具温度为２０ħ,摩擦因数为０．３.图７为后风挡下横梁采用一次成形方式时,厚度㊁减薄率㊁温度及回弹量分布图.从图７a 中可以看出,零件最大厚度为１．６０m m (增厚率为６．６７％),最小厚度为１．２９m m (减薄率为１４％),减薄率最大部位为中间凸起部位.图７b 显示零件最大等效应变为０．２０,在此处会存在开裂风险.从图７c 中可以知道,零件在冲压完成后最低温度约为２６０ħ,最高温度约为５４０ħ,温度分布比较均匀.从图７d 中可以看出,后风挡下横梁最大回弹量为４．５５m m ,分布在后风挡下横梁左端尖角上,其他部位回弹量在２．６m m 以下.(a)厚度分布(b)应变分布(c)温度分布(d)回弹量分布图７㊀一次成形有限元模拟结果F i g ．７㊀O n e Ｇs t e p f o r m i n gf i n i t e e l e m e n t s i m u l a t i o n r e s u l t s ２．２㊀分步成形方案汽车后风挡下横梁采用一次成形时存在开裂或减薄率过大现象,于是通过对零件结构分析制定了分步成形工艺方案,即两步成形方案:先成形零件中间凸起部分,当零件中间成形完成后,再对零件两边进行冲压成形,有限元模型如图８所示.有限元模型中运动关系为:下模中间部位高出外围平面５０mm 左右,然后上模往下运动,零件先成形中间凸起部位,当中间完全成形后,下模(内)与上模一起往下运动,完成零件两边冲压成形.０５６２ 中国机械工程第３１卷第２２期２０２０年１１月下半月中国机械工程h tt p://ww w.c m e m o .or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.图８㊀分步成形有限元模型模拟F i g ．８㊀S t e p Ｇb y Ｇs t e p fi n i t e e l e m e n tm o d e l 图９为后风挡下横梁采用分步成形方式时,厚度㊁减薄率㊁温度及回弹量分布图.对比一次冲压成形,汽车后风挡下横梁采用分步成形时,零件最大厚度为１．６１mm (增厚率为７．３３％),最小厚度为１．３６mm (减薄率为９．３３％,相比一次成形减(a)厚度分布(b)应变分布(c)温度分布(d)回弹量分布图９㊀分步成形有限元模拟结果F i g ．９㊀S t e p Ｇb y Ｇs t e p fi n i t e e l e m e n t s i m u l a t i o n r e s u l t s 小了４．６７％),增厚率与减薄率最大部位都在边缘三平面交叉棱角部位,在零件其他部位尺寸厚度基本上无变化,避免了中间凸台开裂现象.图９b 显示零件最大等效应变为０．１６,因此分步成形可以避免后风挡下横梁开裂问题.从图９c 中可以知道,零件在冲压完成后最低温度约为４５ħ,最大温度约为４２０ħ,最低温度为中间凸起部位,这是因为在中间凸起部位成形完成后,中间凸起部位与模具接触,从而温度损失比较大,同时,其他部位由于热传导原因,零件温度也低于一次成形温度.由图９d 可知,零件最大回弹量约为２．７２mm ,相对一次冲压成形方式,分步成形方式回弹量减小了４０．２１％.２．３㊀摩擦因数与加热温度对成形效果的影响规律铝合金属于难变形金属,且板材厚度薄,板材在加热后黏性很大,因此有必要对温度及摩擦因数对成形效果影响进行分析.图１０a 所示为温度对汽车后风挡下横梁一次成形与分步成形最小厚度影响.从图中可知,分步成形最小厚度比一次成形最小厚度大０．１m m 左右,在４８０~５４０ħ之间,温度对最小厚度影响比较小,变化值小于０．０１m m ,当温度继续上升到５７０ħ时,零件最小厚度值的变化幅度增大,分步成形变化值达到０．０６mm ,一次成形变化值为０．０３mm ,这是因为在５７０ħ时,材料屈服应力很小,材料容易流动所造成的.图１０b 所示为摩擦因数对汽车后风挡下横梁一次成形与分步成形最小厚度影响.随着摩擦因数增大,零件的最小厚度减小,即减薄率增大.当摩擦因数为０．１时,一次成形与分步成形最小(a )温度(b)摩擦因数图１０㊀成形参数对汽车后风挡下横梁质量的影响F i g ．１０㊀I n f l u e n c e o f p r o c e s s p a r a m e t e r s f o r t h e q u a l i t yo f c a rw i n d s h i e l db e a m１５６２ ６０１６铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究刘㊀萌㊀单忠德㊀李新亚等中国机械工程h tt p://ww w.c m e m o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.厚度值基本一样.当采用一次成形时,零件最小厚度随着摩擦因数增大而急剧减小,当摩擦因数为０．４时,其最小厚度为１．１１mm .而采用分步冲压成形时,摩擦因数对最小厚度的影响比较小,其值变化约为０．０１７mm .图１１为一次成形与分步成形过程中接触压力最大值分布图,当一次成形时,其接触压力值约为２５３M P a ,而分步成形时,其最大接触压力值约为１８０M P a ,在高温成形时,材料的屈服应力低,接触压力大,容易导致材料减薄严重.(a)一次成形(b)分步成形图１１㊀汽车后风挡下横梁成形过程中最大接触压力F i g ．１１㊀M a x i m u mc o n t a c t pr e s s u r e o f t h e c a rw i n d s h i e l d b e a mi n t h e f o r m i n gpr o c e s s ３㊀铝合金汽车后风挡下横梁零件固溶成形实验研究３．１㊀固溶成形实验后风挡下横梁固溶成形工艺实验在先进成形技术与装备国家重点实验室固溶成形生产线上完成,分别采用一次成形与分步成形进行冲压试制实验.板材原始尺寸为１２７０mmˑ１８８mmˑ１．５m m ,冲压速度为３６m m /s ,加热温度为５４０ħ,保温时间为８m i n .在箱式电阻炉中加热保温完成后,转移时间在１０s 左右,在转移过程中板材温度下降３０ħ左右.铝合金成形件冲压完成后,对冲压件进行２０s 保压冷却.冲压模具以及冷却管进出模具如图１２所示,上下模具各两个进水口和出水口.图１３a 为采用固溶成形一次冲压成形工艺获得的实验件,图１３b为采用固溶成形分步成形工图１２㊀固溶成形工艺模具F i g ．１２㊀S o l i d s o l u t i o na n d f o r m i n g mo u l d (a)一步成形工艺产品(b)分步成形工艺产品图１３㊀汽车后风挡下横梁试制件F i g．１３㊀T h e t r i a l p r o d u c t o f t h e c a rw i n d s h i e l db e a m 艺获得的实验件.在冲压过程中,模具中通冷却水对零件进行快速冷却,冷却水温度保持在１０ħ左右.将石墨润滑剂喷涂在模面表面来减小模具与板料之间的摩擦力.由图１３可以看出,采用一步成形工艺实验获得的产品易出现开裂缺陷,这与模拟过程中开裂位置基本一致,采用分步成形工艺实验获得产品无明显缺陷.３．２㊀分步成形厚度分布及力学性能检测为了验证P AM ＧS T AM P 软件模拟结果的可靠性,实验结束后沿着图１４所示的两个截面对厚度分布的实验值和模拟值进行统计和对比分析,对比结果如图１５所示.图１４㊀壁厚测量路径截面图F i g ．１４㊀S e c t i o nd i a gr a mo fw a l l t h i c k n e s s m e a s u r e m e n t p a t h２５６２ 中国机械工程第３１卷第２２期２０２０年１１月下半月中国机械工程h tt p://ww w.cm e m o .or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.(a)截面①(b)截面②图１５㊀厚度分布图F i g．１５㊀T h e t h i c k n e s s p r o f i l e 由图１５可以看出,模拟结果与实验结果基本一致,在截面①中,最薄位置在零件左边凹陷部位,在零件的底部圆角部位也存在减薄现象,而在零件中间尺寸处,即截面②处,减薄主要发生在零件的底部圆角处.后风挡下横梁分布成形时首先冲压成形中间部位,其次对两边进行成形,最后上下模完成合模保压,完成零件成形.在截面①中,零件凸缘部位截面存在凹陷,其尺寸在横向与纵向都有变化,零件成形时先完成凸缘弯曲成形,随着冲压成形过程进行,材料与模具接触面越来越大,其接触压力变大,成形过程为拉延成形,周围材料因接触压力大,凹陷部位的材料将会拉薄.同理,中间凸起部位成形中,上下模具合模时,零件底部材料完全贴合,零件中间厚度会随成形过程变薄.而在截面②处,零件在凸缘部分无变化,其尺寸变化不大,中间部位因上述原因,会存在拉薄现象.对６０１６汽车铝合金后风挡下横梁固溶成形后,进行３h 时效处理,然后对试样进行拉伸性能测试,拉伸试件取样位置如图１６所示.两处测量位置的拉抗强度分别为３０８M P a 和２９６M P a ,两部位强度不一样,分析其原因主要是因靠近炉门图１６㊀力学性能测试F i g ．１６㊀M e c h a n i c s t e s t e q u i pm e n t s 口温度较低导致.４㊀结论(１)通过模拟与热冲压实验证明,采用固溶成形工艺成形汽车后风挡下横梁是完全可行的,固溶成形后零件抗拉强度可达到３０８M P a .(２)汽车后风挡下横梁采用一次冲压成形时,零件减薄率为１４％,零件回弹量为４．５５mm .采用二次冲压成形时,相比一次冲压成形,零件最小减薄率减小了４．６７％,回弹量减小了４０．２１％.(３)当温度为４８０~５７０ħ时,温度对后风挡下横梁最小厚度影响较小,最小厚度变化值在０．０３~０．０６mm ;摩擦因数对二次冲压的最小厚度影响比较小,变化值为０~０．０１７mm 之间;摩擦因数对一次成形最小厚度影响较大,变化值在０~０．２３５mm 之间.参考文献:[１]㊀丁向群,何国求,陈成澍,等．６０００系汽车车用铝合金的研究应用进展[J ]．材料科学与工程学报,２００５,２３(２):３０２Ｇ３０５．D I N GX i a n g q u n ,H EG u o q i u ,C HE NC h e n gs h u ,e t a l ．A d v a n c e i nS t u d i e s o f ６０００A l u m i n u m A l l o y fo r A u t o m o b i l e [J ]．J o u r n a lo f M a t e r i a l s &E n gi n e e r Ｇi n g,２００５,２３(２):３０２Ｇ３０５．[２]㊀S E R K A N T ,F A H R E T T I N O ,I L Y A SK．R e v i e wo fW a r m F o r m i n g o f A l u m i n u m Ｇm a g n e s i u m A l l o ys [J ]．J o u r n a lo f M a t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,２００８,２０７(１):１Ｇ１２．[３]㊀WA N GL ,S T R A N GWO O D M ,B A L I N TD ,e t a l ．F o r m a b i l i t y an dF a i l u r eM e c h a n i s m s o fA A ２０２４u n Ｇd e r H o tF o r m i n g C o n d i t i o n s [J ]．M a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g:A ,２０１１,５２８:２６４８Ｇ２６５６．[４]㊀C L E V E L A N DR M ,G HO S H A K ,B R A D L E YJR．C o m p a r i s o n o f S u p e r pl a s t i c B e h a v i o ri n T w o ５０８３A l u m i n u m A l l o y s [J ]．M a t e r i a l sS c i e n c ea n d E n g i n e e r i n g:A ,２００３,３５１:２２８Ｇ２３６．[５]㊀K UMA R VSS ,V I S WA N A T HA ND ,N A T A R A ＧJ A NS ．T h e o r e t i c a l P r e d i c t i o n a n dF E M A n a l ys i s o f S u p e r p l a s t i cF o r m i n g o fA A ７４７５A l u m i n u m A l l o yi n aH e m i s p h e r i c a l D i e [J ]．J o u r n a l o fM a t e r i a l s P r o Ｇc e s s i n g T e c h n o l o g y,２００６,１７３(３):２４７Ｇ２５１．[６]㊀王孟君,周威,任杰,等．汽车用５１８２铝合金的温拉深成形性能[J ]．中南大学学报(自然科学版),２０１０,４１(３):９３６Ｇ９３９．WA N G M e n g ju n ,Z HO U W e i ,R E N J i e ,e t a l ．F o r m i n g P r o p e r t i e so f５１８２A l u m i n u m A l l o y f o r A u t o m o t i v eB o b y S h e e t d u r i n g W a r m D e e p D r a w i n gP r o c e s s e s [J ]．J o u r n a lo fC e n t r a lS o u t h U n i v e r s i t y３５６２ ６０１６铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究刘㊀萌㊀单忠德㊀李新亚等中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.(S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y),２０１０,４１(３):９３６Ｇ９３９．[７]㊀WA N G H u i ,L U O Y i n g b i n g,F R I E D MA NPA ,e t a l ．W a r m F o r m i n g B e h a v i o ro fH i g hS t r e n g t h A l u Ｇm i n u m A l l o y A A ７０７５[J ]．T r a n s a c t i o n so fN o n f e r Ｇr o u sM e t a l sS o c i e t y ofC h i n a ,２０１２,２２(１):１Ｇ７．[８]㊀刘合军,郎利辉,李涛．铝合金板材温热成形性能[J ]．塑性工程学报,２００９,１６(３):１４５Ｇ１４８．L I U H e j u n ,L A N GL i h u i ,L IT a o ．I n v e s t i g a t i o no f F o r m a b i l i t y o f A l u m i n u m A l l o y S h e e ta tE l e v a t e d T e m p e r a t u r e [J ]．J o u r n a l o fP l a s t i c i t y E n g i n e e r i n g ,２００９,１６(３):１４５Ｇ１４８．[９]㊀WA N G Y o n g ,HA N C o n g ,Y U A N S h i ji a n ．E f f e c t o f I n t e r n a lP r e s s u r eo n C o r n e rR a d i u sa n d T h i c k Ｇn e s sD i s t r i b u t i o no fS h e a r H y d r o Ｇb e n d i n g of５A ０２A l u m i n u m A l l o y Tu b e [J ]．T r a n s a c t i o n so fN o n f e r Ｇr o u sM e t a l sS o c i e t y ofC h i n a ,２０１２,２２:３７６Ｇ３８１．[１０]㊀王会廷,高霖,沈晓辉,等．双路径自然增压铝合金２A １２O 充液拉深[J ]．航空学报,２０１０,３１(６):１２６６Ｇ１２７１．WA N G H u i t i n g,G A OL i n ,S H E NX i a o h u i ,e t a l ．H y d r o m e c h a n i c a lD e e p D r a w i n g ofA l u m i n u m A l Ｇl o y ２A １２O A s s i s t e db y A u gm e n t e d R a d i a lP r e s Ｇs u r e [J ]．A c t aA e r o n a u t i c ae tA s t r o n a u t i c aS i n i c a,２０１０,３１(６):１２６６Ｇ１２７１．[１１]㊀F A N X i a o b o ,H EZ h u b i n ,Y U A N S h i ji a n ,e t a l ．I n Ｇv e s t i g a t i o no n S t r e n g h t e n i n g of６A ０２A l u m i n u m A l l o g y S h e e t i nH o t F o r m i n g Ｇq u e n c h i n g I n t e gr a t e d P r o c e s sw i t h W a r m F o r m i n gＧd i e [J ]．M a t e r i a l sS c i Ｇe n c e&E n g i n e e r i n g:A ,２０１３,５８７:２２１Ｇ２２７．[１２]㊀WA N G H u i ,L U O Y i n g b i n g,F R I E D MA N P A．W a r m F o r m i n g B e h a v i o r o fH i g hS t r e n gt hA l u m i Ｇn u m A l l o y A A７０７５[J ]．T r a n s a c t i o n s o fN o n f e r r o u s M e t a l sS o c i e t y ofC h 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６０８２A l u m i n u m A l l o y [D ]．C h a n g c h u n :J i l i n U n i v e r s i t y ,２０１４．[１６]㊀郭正华,贺荣,郭吉萍,等．铝合金板温成形过程拉深筋部位摩擦因数的测试[J ]．热加工工艺,２００８,３７(１９):８Ｇ１２．G U OZ h e n g h u a ,H ER o n g ,G U OJ i p i n g,e t a l ．T e s Ｇt i n g o fF r i c t i o nC o e f f i c i e n t i nD r a w b e a do fA l u m i Ｇn u m A l l o y S h e e td u r i n g W a r m F o r m i n g Pr o c e s s [J ]．H o tW o r k i n g T e c h n o l o g y,２００８,３７(１９):８Ｇ１２．[１７]㊀张伟．铝合金板温成形接触和摩擦问题的研究[D ]．武汉:华中科技大学,２００８．Z HA N G W e i ．S t u d y o n C o n t a c ta n d F r i c t i o ni n W a r m F o r m i n g o fA l u m i n u m A l l o y Sh e e t [D ]．W u Ｇh a n :H u a z h o n g U n i v e r s i t y ofS c i e n c e &T e c h n o l o Ｇg y,２００８．[１８]㊀曹丰．不同润滑条件下铝合金摩擦因数测定与成形性研究[D ]．武汉:华中科技大学,２０１７．C A O F e n g．D e t e r m i n a t i o no fF r i c t i o nF a c t o ra n d I n v e s t i g a t i o no f F o r m a b i l i t y o f A l u m i n u m A l l o yu n d e rD i f f e r e n tL u b r i c a t i o n C o n d i t i o n s [D ]．W u Ｇh a n :H u a z h o n g U n i v e r s i t y ofS c i e n c e &T e c h n o l o Ｇg y,２０１７．[１９]㊀郭正华,李志刚,黄重九,等．润滑条件下铝合金板成形模拟中摩擦模型的研究[J ]．中国机械工程,２００４,１５(１５):７２Ｇ７５．G U O Z h e n g h u a ,L IZ h i g a n g ,HU A N G C h o n g j i u ,e t a l ．R e s e a r c h o n t h eF r i c t i o nM o d e l f o r L u b r i c a t e dA l u m i n u m A l l o y S h e e t F o r m i n g Si m u l a t i o n [J ]．C h i n aM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,２００４,１５(１５):７２Ｇ７５．[２０]㊀王列亮,郑燕萍．基于C A E 的铝合金板料冲压成形中摩擦特性研究[J ]．锻压技术,２０１５,４０(８):１１４Ｇ１１９．WA N G L i e l i a n g ,Z H E N G Y a n p i n g．R e s e a r c ho n F r i c t i o nC h a r a c t e r i s t i c s i n A l u m i n u m A l l o y Sh e e t S t a m p i n g B a s e do nC A E [J ]．F o r g i n g &S t a m p i n g T e c h n o l o g y,２０１５,４０(８):１１４Ｇ１１９．(编辑㊀王艳丽)作者简介:刘㊀萌,男,１９８４年生,博士研究生.研究方向为板料成形.发表论文１０余篇.E Ｇm a i l :l jl m ２００８＠１２６．c o m .单忠德(通信作者),男,１９７０年生,中国工程院院士,研究员㊁博士研究生导师.研究方向为数字化机械装备与先进成形制造技术.４５６２ 中国机械工程第３１卷第２２期２０２０年１１月下半月中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me 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铝合金汽车板生产工艺技术及装备研究
铝合金汽车板生产工艺技术及装备研究作者：朱文涛刘利华杨磊来源：《科学与财富》2015年第33期一、国内外汽车板生产工艺技术现状1.1国外汽车板生产工艺技术现状近十年来，铝合金汽车板的生产和使用在欧美有了很大发展，当前国外著名的铝合金汽车板生产商主要有诺贝丽斯公司（Novelis）、海德鲁铝业公司（Hydro Aluminium）、美国铝业公司（ALcoa）、爱励国际（Aleris）、力拓-加铝公司（ALcan）、日本神户制钢和日本轻金属公司。
这些大型铝业公司建有汽车板研发专业机构，负责汽车铝材的研究开发、生产与技术服务。
配置了汽车板专业生产线，除拥有现代化的热轧、冷轧装备外，还配置了高技术水平的精整热处理生产线，能够按汽车厂家批量供应高水平的汽车板产品，当前世界最大的铝合金车身板供应商诺贝丽斯公司，在2007年向欧洲汽车工业批量供应约14万t，占整个市场的70%左右。
1.2国内汽车板生产工艺技术现状与国外相比，我国汽车板的技术研发起步晚、发展慢，目前尚处于研发阶段。
其中的原因在于：（1）国外对相关的材料标准、关键专利技术的知识产权保护；（2）研发资金投入不足、技术水平有限；（3）节能降耗和环保理念没有得到足够的重视、没有出台严格的标准和法规。
此外，合格的汽车板产品从生产出来到进入市场，还需要通过各大汽车厂家的认证。
目前世界各著名汽车厂家对车身板特别是外车身板各方面的性能、表面处理状态都有严格的要求，新进入的铝合金汽车车身板生产企业通常都需要5年的时间，才能通过认证。
二、铝合金汽车板生产工艺介绍2.1铝合金汽车板生产工艺概述铝合金汽车板要求包括良好的成形性、一定的抗时效稳定性、良好的烘烤硬化性、高的抗凹性、良好的翻边性、较好的表面光鲜性、较好的表面处理及涂装性能，铝合金汽车板的这七种性能既互相关联，又相互矛盾，如何改善合金成分、调整工艺参数得到最佳的综合性能，满足轿车覆盖件冲压成形的要求是汽车板研发的主要目标。
6016铝板性能解析及挽救工艺研究
AT&M
VISION
6016 铝板性能解析及挽救工艺研究
曾渝 1,2 王颖婧 3 张晓蕾 3 刁可山 1,2 苑锡妮 1,2 石磊 1,2
（1.宝山钢铁股份有限公司研究院，上海 201900；2.汽车用钢开发与应用技术国家重点试验室(宝钢)， 上海 201900；3.一汽-大众汽车有限公司，长春 13000）
250 200 150 100 50 0 600
3 试验结果
3.1 化学成分 铝板的化学成分分析结果如表 2 所示。可知测
试成分与质保书成分接近，均在德国大众标准要求 范围内。 3.2 力学性能 3.2.1 烘烤前铝板的拉伸性能
烘烤前铝板的拉伸性能试验结果如表 3 所 示。可以看出，经过长时间自然时效后，铝板的抗 拉强度和屈服强度上升了 30-50 MPa,部分指标接 近德国大众标准要求下限。 3.2.2 烘烤后铝板的力学性能
在热分析设备上对铝板进行了 DSC（Differential Scanning Calorimetry，差示扫描量热法）测试分析，得 到铝板 DSC 试验曲线如图 1 所示。根据 DSC 分析结 果，考虑热处理炉的炉温控制波动范围为 10 ℃，设定 了铝板的固溶工艺为 540 ℃保温 15 min。采用 2 种 预时效工艺来比较其对铝板自然时效稳定性的影 响，第一种工艺为 100 ℃×0.5 h，代号为 T4P1，第二种 为 100 ℃×0.5 h + 70 ℃×5 h，代号为 T4P2。
2 试验材料与方法
试验铝板的基本信息参见表 1。注：重新固溶 和热处理时间为 2016 年 1 月 20 日。
表 1 试验铝板的基本信息
牌号 热处理状态 热处理时间